Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты

Козин В. М,

3.2.3. Буксировки модели подводного судна

Модельные исследования разрушения сплошного льда ИГВ от движения подводного судна проводились посредством буксировки модели (рис.3.36) под модельным льдом с использованием гравитационной буксировочной системы [159]. Модельный лед намораживался в ледовом канале также за счет естественных низких температур. Буксировки модели подводного судна проводились в диапазоне относительных скоростей Fr=0,4-0,75 на чистой воде и под модельным льдом толщиной 2 - 10 мм. Относительная глубина погружения модели при буксировках была постоянной h₀/L=0,24.

Рис.3.36.Схема буксировочной системы: 1 - модельный лед; 2 - модель подводного судна; 3- стойки буксировочной системы с блоками проводки бесконечного буксирного троса; 4 - натурный лед водоема

Модель подводного судна была геометрически подобна моделям, применявшимся в опытах с полимерной моделью ледяного покрова и имела удлинение корпуса равное 8. Модель судна в масштабе М 1:80 соответствовала натурному подводному судну с полным подводным водоизмещением D_п=6000т, и изготавливалась по такой же технологии, что и модели для испытаний под полимерным льдом. Конструктивная особенность модели подводного судна заключалась в возможности изменения ее запаса плавучести путем удаления части твердого балласта, установленного в днищевой части корпуса. Таким образом, при движении подо льдом модель подводного судна имела практически нулевую плавучесть, а при всплытии, за счет удаления части твердого балласта, модель  приобретала   25 %  запас  плавучести.  Модель при снятом балласте имела остойчивость, близкую к таковой у натурных подводных судов. На рис.3.38 запечатлен рабочий фрагмент подготовки буксировочных испытаний модели подводного судна.

Испытания модели подводного судна под поверхностью воды проводились с целью определения влияния стенок ледового канала на волнообразование, а также для отлаживания буксировочной системы, измерительного оборудования и методики проведения буксировочных испытаний. На рис.3.39 показана буксировка модели подводного судна под поверхностью воды. На основании результатов  буксировок модели подводного судна на чистой воде был сделан вывод о  слабом влиянии стенок канала на параметры гравитационных волн.

Рис.3.39. Стадии буксировки модели подводного судна под поверхностью воды

Испытания модели подводного судна в модельном льду включали в себя:

- буксировку под моделью сплошного льда в целях его полного разрушения резонансными ИГВ (рис.3.40);

- последующие буксировки подо льдом, разрушенным ИГВ, для определения возможности измельчения ледяных блоков и их наслоения от действия волн;

- вертикальное всплытие модели без хода в разрушенном  волнами льду (рис.3.42);

- вертикальное всплытие модели без хода в сплошном льду с целью установления предельной толщины льда, проламываемого корпусом (рис. 3.43).

Рис.3.40.Резонансное разрушение ледяного покрова

Буксировки модели подводного судна под модельным льдом при относительной глубине h₀/L=0,24 позволили определить предельную толщину льда 7мм, разрушаемого ИГВ, при которой достигалось полное разрушение сплошного льда. Очевидно, что при меньших h₀/L можно было достичь разрушения более толстого льда. Полному разрушению льда соответствовала скорость буксировки модели, считавшаяся резонансной, причем интенсивное трещинообразование наблюдалось в очень узком скоростном диапазоне. При буксировках модели со скоростями меньшими или большими резонансной интенсивность волн резко падала и трещинообразование в модельном льду не наблюдалось. С ростом толщины модельного льда происходило увеличение резонансных скоростей и длин ИГВ, вследствие чего интенсивность разрушения льда падала. Разрушения в модельном льду от действия резонансных ИГВ показаны на рис.3.41.

После прохода модели подводного судна под модельным льдом с резонансной скоростью, корпусу модели судна придавалась положительная плавучесть, равная 25% от водоизмещения, и модель заводилась под разрушенное волнами поле модельного льда для имитации всплытия модели сквозь ослабленное трещинами ледяное поле. При этом обеспечивался безударный контакт рубки модели с нижней поверхностью льда.

Модель подводного судна взламывала корпусом предварительно разрушенный волнами модельный лед и всплывала, поскольку трещины во льду были сквозными и имело место наслоение отдельных льдин.

На рис.3.42 показано всплытие модели подводного судна в модельном льду, предварительно  разрушенного резонансными ИГВ. В целом, испытания модели подводного судна в модельном льду показали как возможность разрушения сплошного льда ИГВ, возбуждаемыми при их движении так и всплытия модели в ослабленном трещинами и разрушенном льду.

Рис.3.41. Раскрытие трещин в модельном льду толщиной 7 мм, разрушенном  резонансными ИГВ

Моделирование статического пролома сплошного льда подводным судном производилось по выше описанной схеме, но без предварительного ослабления модельного льда  волнами (рис.3.43). В  результате  проведения  серии   опытов   была   определена наибольшая толщина льда, взламываемого моделью подводного судна, являвшаяся предельной для данной модели с соответствующим запасом плавучести. Так наибольшая толщина модельного льда, разрушаемого моделью подводного судна при всплытии, была в три раза меньшей,  чем при его предварительном разрушении резонансными ИГВ.

Рис.3.42. Всплытие модели подводного судна в модельном льду, разрушенном ИГВ

Рис.3.43.Всплытие модели подводного судна в сплошном льду

При всплытии в более толстом льду у модели подводного судна происходила потеря поперечной остойчивости. При этом модель приледнялась бортом к нижней поверхности модельного льда с креном около 90 градусов. На рис.3.44 показано всплытие модели в модельном льду с потерей остойчивости.

Рис.3.44. Потеря остойчивости модели подводного судна при всплытии в сплошном льду

Рис.3.45.Модель полубесконечного сплошного льда

Рис.3.46.Буксировка модели под кромкой модельного льда

Испытания модели подводного судна в полубесконечном модельном льду позволили установить особенности деформирования и разрушения ледяного покрова при наличии свободной кромки (рис.3.45, рис.3.46). Также были выполнены проходы модели вдоль кромки ледяного поля в надводном положении  (рис.3.47).

Выполненные модельные исследования ледоразрушающих свойств ИГВ от движения подводного судна показали, что подводное судно способно путем возбуждения резонансных ИГВ в сплошном льду взламывать ледяной покров значительной толщины для обеспечения всплытия в реальных ледовых условиях [160, 164].

Рис.3.47.Буксировка модели вдоль кромки льда